常用碳氮共渗钢优化选择

15、20等低碳钢，因淬透性差，渗碳（碳氮共渗）淬火后心部强度低，只适宜用于表面耐磨、载荷小、冲击轻微、心部不需要较高强度的小工件，如轴套、链条、小水阀等。

零件表面要求耐磨，心部又要求有良好的强韧性，常采用20Cr、20CrMnTi钢等淬透性较好的低合金渗碳（碳氮共渗）钢。如长期在摩擦条件下工作，承受一定交变负荷和冲击负荷的活塞销、销轴等常采用20Cr钢渗碳（碳氮共渗）淬火；对交变负荷重、冲击较大的齿轮（截面≤30～35mm），则采用20CrMnTi钢渗碳（碳氮共渗）淬火。20CrMnTi钢渗碳（碳氮共渗）淬火晶粒细小，淬透性好，且热处理变形小，可保证心部得到以低碳马氏体为主体的组织，心部强度高（38～43HRC），同时又有较高的塑韧性（a_K≥100J/cm²）；对负荷更重的大截面（工件壁厚≥35～40mm）渗碳（碳氮共渗）齿轮，可同重型拖拉机、汽车一样，采用30CrMnTi钢，保证心部较高强度，且心部与渗碳（碳氮共渗）层过渡区的强度也较高。

低碳钢渗碳（碳氮共渗）淬火与中碳钢调质（正火）高频表面淬火，虽二者都是提高零件表面硬度、耐磨性及疲劳强度，但使用时应有区分。低碳钢淬火一般主要用于较大负荷（700～1000MPa）及冲击较大、中低速的齿轮、花键轴类等零件；而中碳钢高频表面淬火则用于相对负荷较轻（400～700MPa），冲击较小的齿轮、轴类等零件。因中碳马氏体高频表面淬火层的耐磨性及心部的强韧性均较低碳钢渗碳（碳氮共渗）淬火的渗碳（碳氮共渗）层及低碳马氏体心部低。

此外，受高频淬火工艺影响，较大模数（m=5～6mm）重载齿轮及锥齿轮，齿面高频表面淬火层沿齿廓分布不均匀，尤以大锥齿轮两弧齿面硬度差值大，使用中常发生断齿等早期损坏现象，影响正常运行。为此应考虑采用20CrMnTi钢渗碳（碳氮共渗）淬火取代40Cr钢调质与高频淬火，虽然制造成本高了些，但还是利大于弊。表5-1常用合金渗碳钢的牌号、化学成分、热处理、力学性能及用途。

表5-1 常用合金渗碳钢的牌号、化学成分、热处理、力学性能及用途（摘自GB/T 3077—1999）

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渗碳钢通常是指需经渗碳处理后使用的钢材，具有外硬内韧的性能，用于承受冲击的耐磨件，如汽车、拖拉机中的变速齿轮，内燃机上的凸轮轴、活塞销等。

化学成分为低碳，一般w（C）=0.10%～0.25%，以保证零件心部具有足够的塑性、韧性。主要合金元素是Cr，还可加入Ni、Mn、B、W、Mo、V、Ti等。其中，Cr、Ni、Mn、B可提高淬透性，使大尺寸零件淬火后心部得到低碳马氏体组织，以提高强度和韧性；少量的W、Mo、V、Ti能形成细小、难溶的碳化物，以阻止渗碳过程中高温、长时间保温条件下的晶粒长大，在零件表层形成的合金碳化物还可提高表面渗碳层的耐磨性。

常用牌号有20Cr、20CrMnTi、20Cr2Ni4等。(www.xing528.com)

20Cr钢常用来制造负荷不大、小尺寸的一般渗碳件，如小轴、小齿轮、活塞销等，也可在调质状态下使用，制造工作速度较大并承受中等冲击载荷的零件。这种钢在渗碳时易过热，表面也容易出现网状渗碳体。

20CrMnTi是应用最广泛的合金渗碳钢，用于截面在30mm以下、高速运转并承受中等或重载荷的重要渗碳件，如汽车、拖拉机的变速齿轮、轴等零件。

20Cr2Ni4钢用作大截面、较高载荷、交变载荷下工作的重要渗碳件，如内燃机车的主动牵引齿轮、柴油机曲轴等。

合金渗碳钢预先热处理为正火，以改变锻造状态的不正常组织，获得合适硬度，以利切削加工。最终热处理一般是渗碳后淬火加低温回火，使表层获得高碳回火马氏体加碳化物，表面硬度一般为58～64HRC；而心部组织则视钢的淬透性高低及零件尺寸大小而定，可得到低碳回火马氏体或其他非马氏体组织，心部具有良好的强韧性。

表5-2为常用合金渗碳钢的牌号、化学成分、热处理、力学性能及用途。

表5-2 常用合金渗碳钢的牌号、化学成分、热处理、力学性能及用途（GB/T 3077—1999）

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注：表中各牌号的合金渗碳钢试样尺寸均为15mm。